납땜 마스크 댐은 미세피치 브리징을 막는 유일한 방법입니다

전자 제조에서 가장 비싼 소리는 부팅했어야 할 보드의 정적입니다. 마이크로스크프에서 그 죽은 보드를 볼 때, 폭발한 커패시터나 역방향 다이오드를 기대하지만, 훨씬 더 모욕적인 것을 종종 발견합니다: 0.4mm 피치 커넥터의 두 핀을 연결하는 미세한 납땜 다리. $2 제조 결함이 $500 조립을 폐기시켰습니다.

대부분의 디자이너는 즉시 조립사를 탓합니다. 그들은 스텐실 아펏쉐가 너무 넓거나 리플로우 프로필이 너무 높다고 가정합니다. 하지만 보통 실패는 레이아웃 단계에서 이미 기초가 만들어졌을 때, 액체 납땜의 물리적 현실을 무시하기로 결정했을 때 발생합니다. 만약 두 패드 사이에 물리적 장애물이 없다면, 납땜은 병합하려고 합니다. 이것은 물리학의 법칙이며 엄격히 적용됩니다.

다리의 물리학

리플로우 오븐에서 납땜 페이스트가 녹으면 거칠은 페이스트가 아닌 표면 장력이 높은 유체로 변합니다. 표면적을 최소화하려고 하며, 이상적으로는 패드와 부품 리드에 적셔서 적절한 필레를 형성합니다. 그러나 미세 피치 부품—0.5mm 피치 이하—에서는 패드가 위험할 정도로 가깝습니다. 만약 패드 간의 절연 스트립인 납땜 마스크댐이 없으면, 그 용융된 액체는 이웃으로 reaching 하려 합니다.

일부 엔지니어는

슬리버의 기하학

문제는 강둑을 그리기만 하고 그것이 존재할 것이라고 기대하는 것에 있습니다. 솔더 마스크는 물리적 재료—보통 액체 포토이미저블(LPI) 에폭시—로, 인쇄, 경화 및 현상 과정을 거쳐야 합니다. 어떤 재료와 마찬가지로, 한계점이 있습니다. 너무 얇은 마스크 조각을 설계하면 FR4 기판에 부착되지 않을 것입니다. 제조 과정에서 벗겨지거나, 더 나쁘게는 나중에 벗겨져 조립품을 오염시킵니다.

이것이 바로 CAD 도구에서 ‘핑크 링’ 또는 ‘보라 링’ 오류가 발생하는 이유입니다. DRC(설계 규칙 검사)가 ‘마스크 슬리버’ 위반을 경고하면, 이는 당신을 괴롭히기 위한 것이 아닙니다. 이는 요청한 지오메트리가 표준 화학 공정으로는 물리적으로 불가능하다는 것을 알려주는 것입니다.

표준 제작 공정에서는 접착력을 보장하기 위해 최소 마스크 둑이 약 4밀(약 0.1mm)이 필요합니다. 고급 ‘HDI’ 업계에서는 이를 3밀로 낮추기도 합니다. 그러나 0.4mm 피치 부품을 예로 들어보면, 패드가 0.25mm 폭일 경우 그 사이의 간격은 단지 0.15mm(약 6밀)에 불과합니다. 4밀의 둑이 필요하고, 마스크 확장(등록 공차)을 고려하여 마스크가 패드 위로 올라오지 않도록 하려면 공간이 부족해집니다. 물리적 공간이 다 소진된 것입니다. 단순히 절연체를 위한 공간이 부족한 것입니다.

이 지오메트리의 함정은 미관을 우선시하면 훨씬 더 심각하게 드러납니다. 우리는 인클로저가 열려 있는 디자인을 보게 되는데, 산업 디자이너는 ‘매트 블랙’ 솔더 마스크가 ‘고급스러워’ 보이도록 요구합니다. 매트 블랙 마스크는 더 부드러운 경우가 많으며, 표준 녹색과는 다른 화학 공정을 필요로 합니다. 열 전달 방식이 다르고, 미세 특징에 대한 접착력도 더 나쁩니다. 표준 광택 녹색에서 완벽하게 유지되던 둑이 매트 블랙에서는 벗겨질 수 있습니다. 우리는 5,000개 전체 제작물에서 35% 실패율이 발생하는 사례를 목격했는데, 이는 멋진 외관의 검은 마스크가 커넥터 핀 사이의 3밀 웹을 버티지 못했기 때문입니다. 물리 법칙은 여러분의 보드가 멋져 보이는 것에 관심이 없습니다.

갱 구제 함정

지오메트리가 너무 밀착될 경우—예를 들어 0.35mm 피치 BGA 또는 설계가 부실한 QFN 풋프린트—제작 업체는 ‘엔지니어링 질문’(EQ)을 보내올 것입니다. 그들은 패드 사이에 둑을 인쇄할 수 없다는 점을 지적할 것입니다. 그들이 제안하는 해결책은 거의 항상 ‘갱 릴리프’(또는 ‘갱 마스킹’)입니다.

갱 해제는 단순히 패드 사이의 마스크를 완전히 제거하여 핀 열 주위에 하나의 큰 창문 개구를 만듭니다. 이는 제조 제약을 충족시킵니다: 벗겨낼 수 있는 얇은 슬리버 마스크가 없습니다. 하지만 치명적인 조립 위험을 야기합니다.

댐이 없으면, 솔더를 위한 고속도로가 만들어집니다. QFN(Quad Flat No-lead) 패키지의 경우, 솔더는 핀 사이의 패키지 하단을 따라 흙물질이 퍼질 수 있습니다. 이 종류의 다리는 은밀해서, 표준 AOI(자동 광학 검사)에 보이지 않고, 종종 부품 본체 아래에 숨어 있습니다. 이는 기능 테스트에서 실패하거나, 더 나쁘게는 X선 검사를 통해 단락이 드러날 때만 발견될 수 있습니다.

여기에도 장기적인 신뢰성 비용이 존재합니다. 솔더 마스크는 다리를 막을 뿐만 아니라 구리도 절연합니다. 미세 피치 커넥터를 갱 해제하면, 에너지 공급됨 핀 사이에 노출된 노출된 FR4를 남기게 됩니다. 습도가 높거나 플럭스 잔여물이 완전히 제거되지 않은 환경에서는, 그 갭이 수지 성장의 알이 되는 서양견 성장의 서식지가 될 수 있습니다. 우리는 즉각적인 실패가 아닌, 현장에서 6개월 후에 수지 성장이 갱 해제된 간격을 가로지르면서 발생하는 의료 회수 사례를 본 적이 있습니다. 댐은 절연체입니다; 이를 제거하는 것은 실패에 대한 양보입니다.

“표준 능력” 허구

그렇다면 왜 파운드리 업체들이 갱 해제를 추진할까요? 그것은 그들의 수율을 보호하기 위해서이지, 여러분의 것을 위해서가 아닙니다. 2.5 밀(D)의 댐을 인쇄하려 할 때, 벗겨지면, 노출된 보드를 폐기해야 합니다. 갱 해제하면, 노출된 보드가 전기 테스트를 완벽하게 통과합니다(패드가 다리되어 있지 않기 때문입니다). 그러나그 다리는 조립 공장에서 발생하며, 더 이상 노출된 보드 파운드리의 문제는 아닙니다.

파운드리 데이터시트는 종종 마케팅 허구임을 이해해야 합니다. 예산이 잡힌 해외 파운드리에서 “3 밀 마스크 댐”을 능력으로 나열하는 것은 그들이 ‘금빛 샘플’로 달성할 수 있는 숫자입니다—이는 최적의 교정된 기계와 신선한 화학약품이 좋은 날에 할 수 있는 일이죠. 그것이 그들의 Cpk > 1.33 프로세스 능력이 아닙니다. “표준” 풀 서비스에 3 밀 댐 디자인을 보내면, 그들은 조용히 CAM 스크립트를 통해 댐을 제거할 수 있는데, 이는 그들이 댐을 잡을 수 없다고 판단할 경우입니다. 보드가 도착하고 댐이 사라진 후에야 알게 됩니다.

해결책은 종종 돈과 관련이 있습니다. 표준 LPI 공정은 필름 아트워크와 UV광을 사용하며, 정렬과 회절 제한이 있습니다. 0.4mm 피치 부품에서 슬리버를 안정적으로 유지하려면, 종종 LDI(레이저 직접 이미징)가 필요합니다. LDI는 필름을 건너뛰고 레이저로 마스크를 직접 보드에 경화시킵니다. 훨씬 더 정밀하며 더 조밀한 댐을 유지할 수 있습니다. 또한 비용이 더 많이 듭니다. 조달 담당자와 가격 절감($0.40당 단가 절감)을 위해 보드를 저렴한 공급업체로 이동시키려 할 때, 낭비 비용을 계산해야 합니다. PCB 제작 비용에서 $200을 절약하는 것은, 첫 100개 보드의 다리 재작업에 $4,000의 실리콘 및 기술자 시간을 잃는다면 허공의 승리일 뿐입니다.

수비 전략 설계

CAD 도구의 가장 위험한 설정은 글로벌 “마스크 확장” 규칙입니다. 주니어 엔지니어들은 이 규칙을 보통 안전하게 4밀로 설정합니다. 큰 0805 저항기에서는 괜찮지만, 0.4mm 피치 부품에서는 이 글로벌 규칙이 마스크 개구부를 겹치게 만들어, 댐을 인지하지 못하는 사이에 삭제할 수 있습니다.

지역 규칙을 사용해야 합니다. 미세 피치 부품은 자체적인 마스크 확장 설정이 필요하며, 공장 능력이 허용한다면 2밀 또는 1:1(제로 확장)으로 조정할 수 있습니다. 형상을 강제하여 3 또는 4 밀 댐을 허용해야 합니다.

하지만 궁극적인 방어는 설계를 마친 후 일어납니다. Gerber 파일을 생성할 때, 3D 뷰어를 신뢰하지 마세요. 원시 GTS(상단 솔더 마스크) 파일을 열어보세요. 가장 조밀한 부품에 확대하여, 마스크 개구부 사이의 물리적 간격을 측정하세요. 그 숫자가 3밀(약 0.075mm)보다 작다면, 위험 구역에 있습니다.

그 위험 구역이 보인다면, 두 가지 선택이 있습니다: 그 슬리버를 유지할 수 있는 검증된 LDI 기능이 있는 파운드를 선택하거나, 부품 풋프린트를 변경하세요. 파운드리의 댐 제거를 허용하지 마세요. 이익 수율 손실을 감수하지 않는 한, 커넥터에 대한 갱 해제에 대해 설득하지 마세요. 파운드리에서 “이것을 인쇄할 수 없다”고 말하면, 믿으세요. 그러나 그들이 보호를 제거하여 문제를 해결하게 하지 마세요. 설계를 이동하거나, 파운드리를 이동하세요. 댐이 없으면 제작도 없습니다.